Voile levé sur les mécanismes de transport de spins dans les pérovskites
Un consortium franco-espagnol réunissant des chercheurs du Laboratoire chimie de la matière condensée de Paris (CNRS/UPMC/Sorbonne universités/Collège de France) et de l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg(CNRS/Université de Strasbourg) vient de mettre en évidence, via la synthèse de nanocristaux de pérovskite, des propriétés insoupçonnées de ce matériau-modèle de l’électronique de spin. Une petite révolution dans le domaine… Ces travaux sont parus dans la revue Advanced Materials.
Au cœur des dispositifs de stockage de l'information, tels que les têtes de lecture des disques durs, la spintronique ou électronique de spin repose sur le transport des électrons, influencé par une propriété particulière des électrons : leur spin. Matériau modèle de la spintronique, la pérovskite composée d’oxygène, lanthane, strontium et manganèse (LSMO), est largement utilisée pour injecter des spins dans des matériaux et leur conférer de nouvelles propriétés (conductivité du courant sous champ magnétique, par exemple). Pourtant, le comportement du LSMO reste mal connu.
Pour en savoir plus, les chercheurs d’un consortium(1) mené par le Laboratoire de chimie de la matière condensée de Paris et l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg, ont mis au point, grâce à une méthode de synthèse originale utilisant des sels fondus, des nanocristaux de pérovskite présentant une grande surface et une haute qualité cristalline. Ces caractéristiques combinées ont permis, pour la première fois, de mimer les transports de spins à l’échelle nanométrique. Et ce, dans un matériau généralement utilisé sous forme de films minces dont il était difficile d’étudier les propriétés de surface.
En forme de « nanocubes », les cristaux obtenus sont constitués d’un cœur et d’une couche superficielle - une coquille - de composition chimique légèrement différente (plus faible teneur en oxygène). Les chercheurs ont montré que cette couche de surface influence fortement les propriétés magnétiques du nanomatériau. Elle module de façon importante le comportement des spins et, de fait, le transport des électrons lorsqu’un champ magnétique est appliqué. Des résultats qui donnent un nouvel éclairage sur les propriétés de ces matériaux, en révélant un rôle clé de leur surface, quand les modèles habituels s’appuient sur les propriétés du cœur. De plus, la mise au point d’une voie de synthèse de nanocristaux de grande qualité, à bas coût et à faible impact environnemental, ouvre de nouvelles pistes d’exploration pour la conception de nouveaux nanomatériaux…
Au centre : image du nanocristal et de sa coquille (en vert), par microscopie électronique en transmission à balayage.
A droite : agencement quasi-parfait des colonnes d'atomes de manganèse (en vert) et de lanthane et strontium (en violet), qui composent le nanocrist
Transport des électrons au travers de chaînes de particules.
Sous faible champ magnétique : les aimantations des cœurs sont alignées mais les spins de la coquille restent désordonnés, les électrons ne peuvent pas passer.
Sous champ magnétique élevé : les spins de la coquille s'alignent à leur tour et laissent passer les électrons.
Référence
Ha Le Thi N’Goc, Louis Donald Notemgnou Mouafo, Céline Etrillard, Almudena Torres-Pardo, Jean-François Dayen, Simon Rano, Gwenaëlle Rousse, Christel Laberty-Robert, Jose Gonzales Calbet, Marc Drillon, Clément Sanchez, Bernard Doudin & David Portehault,
Surface-Driven Magnetotransport in Perovskite Nanocrystals
Advanced Materials 23 décembre 2016
DOI: 10.1002/adma.201604745